Artículos - Ingeniería en Electricidad

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Análisis comparativo de consumo de energía en una estación de bombeo de agua con diferentes algoritmos de control voltaje/frecuencia
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2024-06-05) Elizalde Pin, Richard Armando; Macao Ortega, Jhon Anderson; Marrero Ramírez, Secundino
Introducción: el propósito de este trabajo es presentar alternativas que permitan reducir el consumo de potencia eléctrica en una estación de bombeo mediante los diferentes algoritmos de control para incrementar la eficiencia en los sistemas de abasto de agua de riego al menor costo posible. Durante las diferentes pruebas efectuadas con algoritmos V/f, el control cuadrático en lazo abierto presentó un mejor rendimiento en términos de consumo de potencia para diferentes caudales. El estudio empleo métodos de investigación que incluye la recolección de información, análisis inductivo-deductivo y mediciones para evaluar los impactos en el consumo de potencia entre los diferentes algoritmos que se utilizaron, donde los resultados destacan que el control V/f cuadrático presenta una mayor confiabilidad en relación con la respuesta a perturbaciones. Este resultado no solo mejora el rendimiento del sistema, sino que también puede tener beneficios sustanciales en términos de costos operativos y sostenibilidad a largo plazo. Objetivo: evaluar el desempeño de diferentes algoritmos de control V/f para determinar su eficiencia en relación con la demanda de potencia en instalaciones de bombeo de riego a lazo abierto para reducir la complejidad y costo de sistema. Metodología: es una investigación aplicada y de campo con carácter cuantitativo y exploratorio, donde se hace la recopilación de datos obtenidos con procedimientos experimentales en una instalación de bombeo que permite evaluar diferentes tipos de control V/f con el uso de técnicas como la observación y el estudio causal comparativo, para establecer tendencias de consumo de energía con la aplicación del método inductivo para diferentes caudales de trabajo de una bomba centrífuga. Resultados: las pruebas realizadas en la estación de bombeo con diferentes algoritmos V/f de un variador de velocidad, revelan que el control cuadrático destaca por su eficiencia en el consumo de potencia y su capacidad para responder de manera más efectiva ante perturbaciones, además la reducción de caudal presenta una menor incidencia en el deterioro del factor de potencia en comparación con los otros controles evaluados. El error en estado estacionario en la respuesta de los controladores resulto similar y aceptable en todos los casos, pero la respuesta del algoritmo cuadrático es más rápida y al ser esto escalado a una instalación de bombeo de riego con flujo variable, ello conlleva a una reducción significativa del consumo de energía. Conclusión. el modo de control V/f cuadrático del variador SIEMENS 420 debido a su menor consumo de potencia y su capacidad para mejorar el rendimiento del sistema de bombeo y tiempo de respuesta puede ser utilizado en estaciones de abasto de riego con caudal variable, donde su implementación puede maximizar su eficiencia y reducir los costos operativos y de implementación, lo que hace de esto una opción favorable para el sistema de bombeo en instalaciones de riego en campos de múltiples invernaderos con diferentes requerimientos de caudal. Área de estudio general: Electricidad.
“Emulación de una Pila de Combustible PEM a partir de su Modelo Genérico y Polinómico mediante Simulink”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2024-12-23) Camacho Diaz, José Luis; Marrero Ramírez, Secundino
En este artículo se analiza la simulación de una pila de combustible PEMFC basada en sus características genéricas. Para lograr el objetivo planteado, se desarrolló un modelo de pila de combustible capaz de replicar sus características eléctricas, mostrando los modelos propuestos basados en aproximación polinómica y el modelo genérico. La validación de estos modelos propuestos consistió en realizar simulaciones utilizando convertidores y comparando los resultados con los producidos por el bloque de pilas de combustible de Simulink. La instancia de la pila de combustible se sometió a pruebas para reproducir el comportamiento eléctrico de la pila, sin los datos específicos asociados a la pila de combustible.
“Control de convertidores formadores de red con fuente de voltaje conectado al sistema eléctrico de distribución balanceada”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-01-10) Romero Ushiña, Bryan Adrian; Salme Montaluisa, Kevin Alexander; Quinatoa Caiza, Carlos Iván
El estudio se centra en la gestión de convertidores formadores de red de fuente de voltaje (VSC) en sistemas eléctricos balanceados, esenciales para la incorporación de energías renovables como la solar y la eólica. Estos convertidores funcionan como generadores virtuales, brindando estabilidad en tensión y frecuencia frente a alteraciones. Se desarrollaron y ejecutaron estrategias de control avanzadas, que incluyen la aplicación de un control de inercia virtual (VSM), que replica el comportamiento dinámico de generadores sincrónicos convencionales. Se han creado modelos que incluyen un inversor vinculado a través de controladores, mejorando la calidad de energía distribuida y reduciendo los armónicos. Adicionalmente, se incorporaron sistemas de almacenaje por baterías y un panel solar con regulación MPPT, optimizando la eficiencia energética. Los hallazgos indican que estas tácticas potencian la estabilidad del sistema, disminuyen las oscilaciones y aseguran un funcionamiento, aportando de manera al avance de redes eléctricas y sostenibles.
Predicción de radiación solar mediante los métodos decisión Tree y Random Forest
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-01-16) Tucumbi Pallo, Mayra Lisbeth; Guano Chimborazo, Jefferson Andrés; Salazar Achig, Edgar Roberto
La presente investigación se centra en la predicción de la radiación solar, que es importante para la producción de energía en sistemas térmicos y solares. Para ello se utilizó software de código abierto (Python) y una metodología que implica la creación, implementación y prueba de modelos específicos de aprendizaje automático de bosque aleatorio (RF) y árbol de decisión (DT). Las métricas utilizadas para identificar la efectividad de los modelos en la predicción de la radiación solar fueron el coeficiente (R2), el error cuadrático medio (MSE) y el error medio absoluto (MAE). La evaluación de los dos métodos se presenta en tres casos: durante uno, dos y siete días. Los resultados muestran que el modelo RF tiene mejores resultados que el DT, con valores MAE y MSE de 36,96 y 4238,77, respectivamente, y un coeficiente de determinación de 0,96. El estudio enfatiza la importancia de seleccionar el modelo apropiado en función del horizonte de predicción para estimar la disponibilidad solar y mejorar la planificación del sistema de energía solar y térmica. Redacte el resumen o síntesis claramente estructurada, que deje claro el objetivo general, describa sintéticamente el problema, los métodos, los resultados, aportes y las conclusiones.
“Impacto de la generación distribuida mediante sistemas fotovoltaicos de autoconsumo en circuitos urbanos”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-02) Córdova Guamanquispe, Diego Fernando; Marrero Ramírez, Secundino
En la actualidad, los sistemas eléctricos de distribución enfrentan desafíos significativos como pérdidas técnicas, sobrecargas en las líneas y la creciente demanda energética. Por tanto, se centró en analizar cómo una red urbana se incide la generación distribuida, priorizando la eficiencia operativa y el cumplimiento de normativas técnicas. El estudio abordó el comportamiento de algunos sistemas al integrar generación distribuida y satisfacer la demanda en sectores específicos, especialmente en condiciones de sobrecarga que afectan la confiabilidad del sistema. La metodología empleada incluyó el análisis de flujo de potencia, la modelación de circuitos equivalentes y simulaciones computacionales para evaluar diversos escenarios de la red. Los hallazgos muestran la posibilidad de realizar gestión equilibrada de las potencias para optimizar el uso de activos existentes y el fortaleciendo la planificación de la transmisión de energía. Este estudio destaca la importancia de incorporar generación distribuida y su viabilidad técnica en un alimentador. Ello contribuye a su vez a la sostenibilidad energética y a la implementación de estrategias para asegurar un suministro confiable y escalable, que permita un desarrollo sostenible de las ciudades con la inyección de potencia en contextos de alta demanda, la reducción de pérdidas de energía al acercar la generación de energía al consumidor en las redes de distribución.
“Análisis de Estabilidad Transitoria del Sistema Eléctrico Ecuatoriano Caso del Segmento Sur”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-02) Pila Cajamarca, Darwin Mauricio; Quinatoa Caiza, Carlos Iván
El estudio tiene como objetivo identificar y evaluar los riesgos relacionados con posibles perturbaciones y contingencias dentro del Sistema Interconectado Nacional (SNI). Se analizan aspectos técnicos para determinar la capacidad del sistema para recuperarse rápidamente de tales eventos y mantener la continuidad del suministro eléctrico de manera segura. Para ello, se ha elegido una red del SNI, compuesta por generadores, transformadores, líneas de transmisión y cargas, utilizando datos de instituciones del sector eléctrico ecuatoriano. El estudio siguió una progresión que abarcó la recopilación de datos, el modelado de la red eléctrica, la verificación del modelo, los escenarios de estudio, las simulaciones de estabilidad transitoria y el análisis de resultados. Se estudiaron tres casos: simulación en estado estacionario, falla trifásica en la línea de transmisión entre el nodo 1 y 11, y apertura del Generador Termogas Machala. Los resultados mostraron que las líneas que conectan el bus Milagro 230 kV y CNEL Guayas – Los Ríos se encuentran al 83,5% de su carga total, lo que provoca congestión y un nivel de baja tensión de 0,9057 pu, cercano al límite inferior. En el nodo 8 (CNEL El Oro), el nivel de tensión es de 0,95443 pu, adecuado para la carga suministrada. Excepto en el nodo 12 (generador Perú), las variaciones de P y Q, así como la tensión y el ángulo, se estabilizan rápidamente en todos los nodos. En el nodo 12, estas variables presentan mayor variación y tardan más en estabilizarse.
“Análisis de la producción de energía eléctrica de un sistema fotovoltaico conectado a la red, considerando la fluctuación de la irradiación solar y la temperatura”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-02) Cajilema Guaman, Kevin Andres; Salazar Achig, Edgar Roberto
La presente investigación muestra la influencia de la variación de la radiación solar y la temperatura en la generación de energía eléctrica en un sistema fotovoltaico conectado a la red, considerando las actuales normativas NEC-11 del país. Para abordar el problema, se utilizan datos reales del cantón Ventana, provincia de Los Ríos, Ecuador, y se emplea el método de Monte Carlo para completar los datos faltantes de los instrumentos de medición de radiación y temperatura. A continuación, se desarrolla una simulación en MATLAB Simulink que toma en cuenta la función de potencia de transferencia máxima, seguida de otra simulación en PVsyst para determinar la capacidad de producción de energía del sistema. Los resultados muestran que la red eléctrica suministra el 60.44 % de la demanda, mientras que el sistema fotovoltaico contribuye con el 39.56 %. Finalmente, el análisis de la generación de energía eléctrica, considerando los datos fluctuantes de radiación solar y temperatura en comparación con mantener este parámetro constante, muestra un aumento del 0.79 % en la generación del sistema fotovoltaico.
“Aplicación de redes neuronales en el análisis de gases disueltos para el mantenimiento preventivo de transformadores de potencia.”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-03) Moposita Telenchana, José David; Pujos Calapiña, Deysi Gabriela; Marrero Ramírez, Secundino
El enfoque primordial de la investigación residía en el desarrollo de una herramienta de análisis, de gases disueltos presentes en transformadores, basada en redes neuronales y la norma IEEE C57-104, para la detección e interpretación de fallas. Esto permite contribuir al mantenimiento preventivo, ya que con la aplicación de este método ayuda a reducir hasta en un 90 % en la prevención de fallas El aprendizaje adquirido durante el entrenamiento se valida mediante la matriz de confusión, que abarca cuatro clases de diagnósticos: descargas de baja energía o alta energía, sobrecalentamiento y estado normal. Los resultados muestran una precisión del 94.4 %, con sensibilidad y especificidad del 100 %, y una exactitud del 92.5 %. Finalmente, se incorporó una interfaz de fácil accesibilidad para facilitar el trabajo del personal de mantenimiento.
“Análisis de calidad de energía en la cámara de transformación 2 de la Universidad Técnica de Cotopaxi”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-03-20) Vargas Tocte, Luis Armando; Supe Sailema, Omar Luis; Pacheco Mena, Carlos Francisco
Se tiene por objetivo de investigación analizar la calidad de energía eléctrica en cámara de transformación II de la Universidad Técnica de Cotopaxi. Para el estudio se combina mediciones en tiempo real y un posterior análisis de histórico de datos recolectados a través de instrumentos de monitoreo en el tablero principal. Los datos obtenidos muestran patrones de perturbaciones causadas principalmente por cargas no lineales, el análisis de los armónicos de corriente impares revela un claro predominio del tercer armónico en las tres fases L1, L2 y L3, característica común en sistemas trifásicos con cargas no lineales. Las amplitudes de este armónico son especialmente significativas en L2 y L3. El contexto del encendido del generador refuerza la hipótesis que dicho equipo, o las cargas que alimenta, constituyen una fuente de distorsión armónica, estos datos son relevantes para la evaluación actual. Descriptores: electricidad; ingeniería eléctrica; industria eléctrica.
“Análisis de la Mitigación de Armónicos en una Microrred de energía Fotovoltaica para suministro a una Carga Electrónica”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-04-04) Borja Culqui, Michael Steven; Salazar Achig, Edgar Roberto
Los sistemas fotovoltaicos (SFV) son una alternativa clave para la generación de electricidad, aunque enfrentan problemas de calidad de energía debido a la distorsión armónica generada por los inversores implementados en estos sistemas. Por esta razón, este estudio aborda la mitigación de armónicos en una microrred alimentada por un SFV que suministra una carga electrónica. La microrred fue modelada en tiempo real en Innovación en Redes y Telecomunicaciones Cotopaxi utilizando redes neuronales para predecir armónicos con base en datos horarios de irradiancia y temperatura. Al comparar las mediciones del piranómetro MP-200 Apogee con datos del sitio web de la NASA se analizaron dos escenarios del sistema fotovoltaico: primero con y luego sin filtro sintonizado, validando posteriormente los resultados con un analizador de redes. Los resultados muestran que la implementación de un filtro pasivo doblemente sintonizado redujo la THD de voltaje de 10.87% a 1.55% y la THD de corriente de 40.80% a 1.42%, cumpliendo con el estándar IEEE 519-2014. Además, la red neuronal NARX logró una precisión del 95% en la predicción de armónicos, lo que demuestra la eficacia del enfoque para mejorar la calidad y la estabilidad de la energía de la microrred.
” implementación de un sistema fotovoltaico residencial OFF-GRID con predicción energética”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-07-29) Herrera Robayo, David Ramiro; Lovato Caiza, Washington Gregorio; Castillo Fiallos, Jessica Nataly
This study presents the implementation of an OFF-GRID residential photovoltaic system for a type D house located in Chimborazo Province, Ecuador, where there is no access to the conventional power grid. Two predictive models were used to estimate solar radiation: second-degree polynomial regression and a decision tree, using hourly data from the NASA POWER portal covering the years 2019 to 2024. The decision tree model showed better performance in terms of accuracy, with a Mean Squared Error (MSE) of 0.212 and a Coefficient of Determination (R²) of 0.8561, compared to the polynomial model which achieved an MSE of 0.6359 and R² of 0.6599. The prediction estimated a maximum solar radiation of 416.21 W/m² at 12:00 PM in January. These results are crucial for designing efficient solar energy systems in rural areas without grid access. The research demonstrates that machine learning models offer significant advantages for predicting complex phenomena such as solar radiation, enabling better planning for renewable energy use and improving the quality of life in isolated communities
Redes neuronales para la predicción de la demanda en sistemas de distribución primaria de energía.
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-07-31) Diaz Avilez, Abimael Esteban; Pruna Molina, Jhon Alexander; Proaño Maldonado, Xavier Alfonso
Se desarrolló un modelo predictivo para analizar los perfiles de carga en redes de distribución eléctrica mediante redes neuronales artificiales. Se empleó una metodología mixta de análisis de datos, que combina enfoques cualitativos y cuantitativos. La recopilación de datos se realizó a intervalos de 15 minutos, generando 5856 registros de kilovatios (kW), kilovoltamperios (kVA) y kilovoltamperios reactivos (kVAr). El modelo se dividió en un 70 % de datos para entrenamiento (4099,2 registros) y un 30 % para validación (1756,8 registros). La arquitectura del modelo consta de tres capas: una capa de entrada, capas ocultas para análisis y una capa de salida. Se utilizó un modelo secuencial con una capa de entrada LSTM de 200 neuronas y una capa de salida densa con una sola neurona. El optimizador Adam y la medida de pérdidas mse se utilizaron para el entrenamiento. La función de activación utilizada fue lineal. Finalmente, el modelo demostró un error de pronóstico de ±3,57 % para el modelo 2 y de ±4,38 % para el modelo 3, lo que lo hace eficaz para la planificación eléctrica.
Desarrollo de un sistema automatizado para la gestión eficiente del bombeo de agua desmineralizada en una planta de tratamiento de agua
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-07-31) Juiña Conlago, Christian Andres; Toaza Iza, Jimmy Xavier
Este análisis aborda la creación de un sistema automatizado para gestionar eficazmente el bombeo de agua desmineralizada en una planta de tratamiento, con el objetivo de superar las deficiencias de un sistema manual que causa pérdidas de eficiencia y riesgos operativos. Esta propuesta contempla la implementación de sensores de nivel y presión, reguladores de frecuencia, controladores lógicos programables (PLC) y una interfaz SCADA, lo que facilita la monitorización en tiempo real y una operación más sostenible. Además, la simulación del sistema se realiza en MATLAB/Simulink, utilizando modelos de control PI y PID para contrastar su rendimiento. Se examinaron perturbaciones como fallos de bombas, inyecciones imprevistas y fugas simuladas para evaluar la reacción del sistema automatizado ante situaciones críticas. Finalmente, se demostró que los controladores PI y PID logran una estabilización eficaz del nivel de agua, reduciendo las pérdidas y optimizando el uso de energía. El PID mostró una reacción más precisa, manteniendo la estabilidad incluso ante cambios bruscos.
Predicción a corto plazo de energía eólica basada en Técnica de Machine Learning
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-08-01) Llerena Ortiz, Bryan David; Castillo Fiallos, Jessica Nataly
El siguiente trabajo investigativo presenta un modelo de predicción a corto plazo del potencial eléctrico elaborado con técnicas de Machine Learning. Se utilizó una base de datos históricos entre 2022 y 2024 arrojados por la red hidrometeorológica de Tungurahua específicamente en el embalse chiquihurcu a 3875 msnm, que contienen las variables velocidad; dirección del viento; temperatura; humedad relativa y potencia eléctrica generada. Por análisis estadístico se halló una generación de potencia variable a lo largo del periodo (desviación estándar de 72,79 W) y un viento moderadamente bajo (media de 2,46 m/s); cuyos valores fueron validados mediante la distribución Weibull con un parámetro de forma (k) = 2,38 y de escala (c) = 2,77. Mediante Python se entrenó tres modelos de aprendizaje automático con el objetivo de predecir la potencia eléctrica a corto plazo (6 meses), los modelos utilizados fueron Random Forest, Decision Tree y XGBoost, como resultado Random Forest mostró el mejor rendimiento a la hora de adaptarse a la variabilidad de los datos, generalizándolos correctamente y manejando muy bien los errores, esto constatado con las siguientes métricas de validación MSE = 0,108; MAE = 0,174 y R2 = 99,97%. A pesar de las velocidades de viento relativamente bajas las técnicas de machine learning pueden proporcionar una predicción precisa del potencial eléctrico, abriendo la puerta a sistemas energéticos autónomos creando bases para futuras microrredes inteligentes en comunidades aisladas
“Estudio de técnicas y tecnologías para implementar mantenimiento predictivo en sistemas eléctricos industriales”
(Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC), 2025-08-04) Llanganate Morales, Francisco Alejandro; López Llerena, Jordy Alexander; Rueda Flores, Walter Paul
El artículo científico "Estudio de técnicas y tecnologías para implementar mantenimiento predictivo en sistemas eléctricos industriales" aborda la importancia del mantenimiento predictivo en el ámbito industrial, especialmente en sistemas eléctricos. Se analizan diversas técnicas y tecnologías que permiten anticipar fallos y optimizar el rendimiento de los equipos. El mantenimiento predictivo se fundamenta en la recolección y análisis de datos en tiempo real, lo que posibilita identificar patrones y tendencias que indican el estado de los sistemas eléctricos. Con el propósito de cumplir con el objetivo de estudio, se aplicó un análisis de las fuentes de información documentales, que permita conceptualizar y fundamentar la importancia del mantenimiento predictivo. Finalmente, se concluye que la implementación de un programa de mantenimiento predictivo no solo mejora la confiabilidad de los sistemas eléctricos industriales, sino que también genera un impacto positivo en la sostenibilidad y rentabilidad de las operaciones industriales. Se recomienda una planificación adecuada y capacitación del personal para maximizar los beneficios de estas tecnologías.

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